CN107666858B - 用于在三维标测中识别峡部的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在心腔的三维标测中识别峡部的方法，其借助于被配置为执行以下步骤的处理单元：a)在心腔的一组刺激点之间进行关联，每个刺激点由从排除心室性心动过速的表面心电图(ECG)获得的一组信号来表示，b)基于上述关联结果和3D标测中的刺激点的3D坐标来识别分水线，c)基于基本上横向于所述分水线的3D廊道来确定峡部。

Description

用于在三维标测中识别峡部的方法和系统
本发明涉及一种用于在三维标测中识别峡部的方法和系统。其在心律失常领域(例如，心室性心动过速)中具有特别有用的应用。
自二十世纪九十年代开始，针对快速心率紊乱将射频能量用于腔内消融以来，消融的适应症已经逐渐扩展到所有的心率紊乱。
事实上，介入性心率专家正在治疗心率紊乱，心率紊乱的机制越来越复杂，还需要精确地空间表示消融导管的定位，并且最后还需要整合空间和时间数据，以便识别致心律失常基质。
与磁共振成像(MRI)相关联的3D标测系统构成了对于介入性心率专家而言非常重要的工具。这些系统对于识别需要为给定患者“定制”消融的复杂的致心律失常基质提供了相当大的帮助。
由这些系统提供的帮助不仅涉及对致心律失常基质的理解和空间索引，还涉及对消融导管的精确定位。另一个进步因素涉及X射线曝光时间的减少，该进步因素既针对患者也针对电生理研究小组，因为这些系统在其清洁技术中不使用X射线。
在正常功能中，心脏的心房将心跳节律施加在心室上。后者接收来自心房的血液并且以同步的方式进行收缩以将血液排出到肺或身体的其他器官。心房的电脉冲允许这样的收缩。当电脉冲源于两个心室中的一个的肌肉而不是源于心房时，发生心室性心动过速。心室性心动过速(VT)是一种快速的心率失常，即心脏非常迅速的加速，例如超过每分钟180跳。心脏不能再充盈；然后，心脏泵在空时跳动。这种不良运行能够恶化成另一种心律失常，即心室颤动，如果没有及时成功治疗，这能够导致心脏骤停。
认为以下三种基本机制能够是心室性心动过速的起源：
-舒张性去极化现象，
-局灶性再激励现象，以及
-折返现象，后者是最常见的。
折返的概念要求存在缓慢传导区域。
一般地，使用在心室性心动过速期间记录的心电图(ECG)来建立诊断。
ECG的目的是在几个导联(电极对)上同时采集心脏的全部电活动(心电向量)：时间和空间上的传播。
导联与记录期间存在的电极对相对应。每个导联给出了心脏激活向量的单向图像。该图像与向量在导联上的投影相对应。
标准的ECG记录了12至18个导联上的心脏活动，其分为两类：
·外围导联，以及
·心前导联。
追踪必须最少包括12个主导联，即，按照顺序：三个标准导联(I、II、III)、三个单极肢体导联(aVR、aVL、aVF)、以及从V1到V6的六个心前导联。
12-导联ECG是12条曲线的集合，每条曲线具有特定的形状，例如P波的凸起或QRS波群的快速变化。
QRS波群与心室的去极化相对应。其平均持续时间约为0.08秒。
关于预防性治疗，能够使用植入在患者体内的自动除颤器，以便在心律失常时生成电脉冲。
也能够实施药物治疗以减少危象的次数。
最后，当涉及到与折返机制有关的心律失常时，可以进行射频消融。在这种情况下，所面临的问题是识别将被燃烧破坏的低传导区域，以便建立到心室内电路的屏障，其形成致心律失常基质并且包含该低传导区域。这种致心律失常基质(也称为峡部)能够在对处于心室性心动过速的患者进行电生理探查的期间确定。其能够由探针烧灼和限定，探针的末端由射频电流加热。三维心脏标测系统有助于所述检查。该技术具有良好的效果，但没有消除复发的风险，并且该技术通常不允许省去除颤器的植入。
这种类型的心梗后峡部消融技术是已知的，其中，执行表面ECG，并且然后将其与在心室性心动过速的发作期间记录的参考ECG进行比较。Chillou等人在文献“局限化心梗后心动过速的临界峡部：窦性心律期间的起搏标测值(Localizing the critical isthmusof postinfarct ventricular tachycardia：the value of pace-mapping during sinusrhythm)，Heart Rhythm；2014年2月；11(2)：175-81”中描述了这种技术。
本发明的目的是提供一种用于快速确定峡部的新方法。
本发明的另一个目的是以完全预防的方式识别峡部，特别地，即使对于不能承受诱发的心室性心动过速的发作的患者也是如此。
上述目的中的至少一个是利用用于在心腔的三维标测中识别峡部的方法来实现的，所述方法借助于被配置为执行以下步骤的处理单元：
a)在心腔的一组刺激点之间进行关联，每个刺激点由从排除心室性心动过速的表面心电图(ECG)(例如，从窦性心律的表面ECG)获得的一组信号来表示，
b)基于上述关联结果和3D标测中的刺激点的3D坐标来识别分水线，
c)基于基本上横向于所述分水线的3D廊道来确定峡部。
本发明能够涉及一种借助于被配置为执行以下步骤的处理单元来在心腔的三维标测中识别分水线的方法：
a)在心腔的一组刺激点之间进行关联，每个刺激点由从排除心室性心动过速的表面心电图(ECG)获得的一组信号来表示，例如，从窦性心律的表面ECG获得，
b)基于上述关联结果和3D标测中的刺激点的3D坐标来识别分水线。
表述“排除心室性心动过速”是对本领域技术人员而言清楚的表述，其表示ECG是根据不是心室性心动过速(VT)的基本节律来获取的。本领域技术人员已知的是，排除VT的节律在大多数时候能够是窦性心律，但也能够是心房颤动、由起搏器电控制的节律等。
分水线与近邻之间的关联的突然变化相对应。
利用根据本发明的方法，不使用通常为心室性心动过速心电图的参考心电图，心室性心动过速心电图的缺点是耗时并且使患者处于危险中。
不同点之间的关联使得可以显现关联水平之间的突然的地理变化，这种突然的地理变化区域与非常低的电传导区域相对应。
根据本发明，刺激点是被刺激以获得心电图的患者心脏中的位置。这些点能够在心腔的整个体积中随机选择，但也能够系统地确定。
根据本发明的有利特征，在步骤a)之前，执行步骤以构成在3D标测中重叠的几个体积，这些体积包含所述一组刺激点，步骤a)在每个体积的刺激点之间执行。
以这种方式，构成了点的群落。在每个群落中，计算每个点相对于所有其他点的关联系数，或者仅计算每个点相对于这些相邻点的关联系数。点能够是几个体积或群落的部分，从而确保整个心腔的连续性。
根据本发明的有利实施例，为了在实施期间节省时间，并不是均等地刺激整个心腔。根据本发明，能够优选地执行步骤a)和b)的至少一次迭代；在每次迭代中，将新的刺激点添加到在先前的迭代中识别出的分水线的附近。以这种方式，在分水线周围计算最大关联系数，分水线周围是允许精确地识别峡部的区域。其他区域能够包含非常少的刺激点。
执行迭代使得可以首先获得大概的识别，该识别将变得越来越精确；停止迭代的标准能够是持续时间、被刺激的点的数量或预定的迭代次数。
优选地，所述信号能够与表面ECG的12个导联相对应。
根据本发明的有利实施例，在源于所述信号的QRS波群上执行所述关联。在这种情况下，第一步能够是识别信号中的QRS波群。这允许提高计算速度，并且由此提高识别峡部的整个过程的速度。
特别地，能够根据称为“模板匹配”的BARD算法或对应性图表来实现所述关联。特别地，Gerstenfeld EP等在文献“在右心室流出追踪心室性心动过速期间定量比较自发性和起搏12导联心电图(Quantitative Comparison of Spontaneous and Paced 12-LeadElectrocardiogram During Right Ventricular Outflow Tract VentricularTachycardia)，J Am Coll Cardiol 2003；41：2046-53”中描述了该方法。
这涉及比较12-导联ECG波群的形态。BARD方法限定了一种数值计算，使得可以通过客观标准来比较两个12-导联心电图。
以通常的方式来计算关联系数CORR。对于两个完全相反的波形，关联系数CORR＝-1。对于两个相同的波形，关联系数CORR＝1。具有相似形态的两个波形(每个波形包含另一个波形区域的三分之一)的关联系数CORR＝1。
为了比较多个波形，例如12-导联ECG的波群的波形，公式为：
Figure BDA0001471045450000051
其中，X和Y是长度为n的向量，表示要比较的两个信号。关联系数CORR通常从-1(针对完全相反的波形)变化到+1(针对相同的信号)。
根据本发明的特征，步骤a)还包括根据这些刺激点之间的关联水平来识别刺激点分组的步骤。
按群落的第一分布仅是地理分布，这里使用关联系数的水平作为标准。有利地，通过在显示屏上利用相同的颜色显示同一个分组中的所述一组刺激点来识别分组。确定颜色编码，使得可以显示具有彼此间的高关联系数的分组。这能够允许容易地视觉识别峡部。
根据本发明的另一方面，提出了一种用于在心腔的三维标测中识别峡部的系统，该系统包括：
-心电图仪，其用于通过刺激身体的几个点来生成心电图，以及
-处理单元，其被配置为执行以下步骤：
a)在心腔的一组刺激点之间进行关联，每个刺激点由从排出心室性心动过速的表面心电图(ECG)获得的一组信号来表示，
b)基于上述关联结果和3D标测中的刺激点的3D坐标来识别分水线，
c)基于基本上横向于所述分水线的3D廊道来确定峡部。
该系统还能够有利地包括消融导管。
通过审查非限制性实施例中的具体实施方式以及附图，本发明的其他优势和特点将变得显而易见，在附图中：
-图1是心室性心动过速情况下具有电路示例的心腔的三维表示，
-图2是显示待识别峡部的折返电路的简化的示意图，
-图3至5是心腔中的一组刺激点的示意图，这些不同的图示出了不同刺激点之间的成对关联的不同步骤，以便构成密度图，使得可以在高度关联的刺激点之间形成分组，
-图6是示出了心室性心动过速电路的示意图，其中显示了要在峡部上消融的区域，
-图7是要进行关联操作的两个心电图的示意图，以及
-图8是用于实现根据本发明的方法的系统的非常简化的示意图。
在现有技术中，有时需要诱发心室性心动过速发作以便得到参考ECG。然后，将其与其他窦性心律ECG(正常心脏功能)进行比较。利用本发明，避免了有时候被人工触发的这种发作。事实上，对于配备有永久起搏器或除颤器的患者，这可能是复杂的。
本发明涉及一种3D标测系统，其可以得到心脏的三维表示，如图1所示。特别地，将左心室1作为整体来区分。这是具有早期梗塞后遗症的患者的左心室的振幅标测。健康区域完全出现在该标测上绘制的电路2的外部，而梗塞后遗症完全出现在该电路2的内部。
图2中更清楚地示出了电路2。该电路示出了心动过速发作期间去极化前沿的路径。所有的心室性心动过速都能够由形成8形的双环路形式的折返电路2表示，两个环路3和4是在相反的方向上围绕界定峡部的屏障5和6流通的去极化前沿的座。峡部是形成标测的心律失常的致心律失常基质的中心区域7。
治疗心室性心动过速意味着对峡部进行消融。更准确地说，通过射频波来烧掉峡部的一部分，以便在其中产生破裂，从而防止去极化波的传播。
特别地，本发明由于以下事实而变得显著：对消融区的确定不依赖于先前的心室性心动过速ECG。
为此，使用导管来刺激心腔的几个点大约十秒钟。在每个刺激点处，获得12-导联ECG。图2示出了这些点的随机分布。图2至图6中所表示的先验电路2不是已知的。其被简单表示以帮助理解。点的分布能够是随机的，但也可以以系统的、特别是预定的方式获得，以便，例如均匀地覆盖表面或体积。因此分布能够是均匀的或者根据生理标准来限定。
第二步，将几个在地理上接近的点分组在一起。以这种方式构成的这些分组能够重叠，使得一个点能够属于几个分组。每个分组是在地理上彼此接近的点的群落。在图3中，例如能够看到四个群落13、14、15和16。
针对每对群落，确定关联系数。为此，使用Bard方法，考虑与每个刺激点相关联的十二个导联。因此，建立了不同刺激点之间的链接的密度标测，如能够参照群落16在图4中非常概略地看出的。在每个群落中，能够利用可以逐步确定关联系数的技术，而不必针对所有的群落对来计算该系数。
图7示出了对窦性心律中的两个点进行刺激后得到、看到的两个心电图的两组信号。与现有技术不同，在此不使用源自先前的心室性心动过速的参考ECG。将ECG相互比较，优选地按群落或以一般的方式比较。
然后识别具有基本相同密度的点，即独立于上述构成的群落，强链接在一起的点。以这种方式，强链接在一起的点的分组如图5针对分组17和18所示。
在图5中，识别分水线8，即注意到突然下降的位置，是两个分组17和18之间的真正差异。这能够表示为分隔两个相邻分组的“悬崖”。这是通过分水线技术或通过可以检测其间具有最弱链接的两个相邻分组的任何其他技术来完成的。该悬崖与低传导区域相对应。
理想地，分水线8是要被烧掉的区域。在图6中，峡部是基本垂直于分水线8的区域。也能够在不同于分水线的任何其他位置处进行可以中断峡部的消融。
当刺激点不足以正确计算分水线时，在指示的一个或多个区域的周围获取其他刺激点，以便确定地计算分水线。
图8示意性地示出了可以实现本发明的系统。能够看到处理单元9，其配备有至少一个微处理器、存储空间、到外围设备的通信卡、输入/输出部件以及显示装置。该处理单元连接到包括导管11的标测设备10，导管11的一端能够置于患者心腔的不同位置处。标测设备10还连接到电极(未示出)，用于产生3D标测，并且由此产生12-导联ECG。
导管可以刺激心腔的任何点。其也允许进行射频消融。
为了产生3D标测，使用设置在三脚架的顶点处的电磁发射源，三脚架本身位于患者所在的检查台的下方。电磁传感器(空间参考)中的一个结合在皮肤贴片中，所述贴片位于患者背部的心脏阴影对面的荧光透视的下方。另一个传感器结合在消融导管的远端处，该远端将被移动到在检查期间将被标测的心腔的心内膜表面的不同点。能够在监视器上实时观察导管的移动。在给定的心腔中的导管的每个新位置处，该位置能够以显示在监视器上的点的形式来获取。由此获取的点将通过创建不同点之间的虚拟表面的计算机程序自动地链接在一起，并且随着其累积，将获得精确地符合被标测的心腔的心内膜轮廓的三维几何形状。导管设置有电极，使得可以在形成心腔的虚拟重建的每个点处获得双极和单极腔内信号。因此，可能的是，使用与所获得的信号的双极或单极振幅相关的颜色编码来获得所检查的心腔振幅的标测。
在图8中，还示出了允许产生12-导联ECG的电生理学机架12。
当然，本发明不限于刚刚所描述的示例，并且在不超出本发明范围的情况下，能够对这些示例做出各种调整。本发明能够包括处理单元，该处理单元在输入处接收心腔的3D标测，可选地，能够向3D标测添加磁共振成像以及一组刺激点的窦性心律ECG。处理单元的输出能够是心腔的图像，其上叠加地显示有分水线。该分水线能够以能够用于消融的一组空间坐标的形式来表示。
根据本发明的方法有利地允许独立于在心室性心动过速期间可用的12-导联ECG来识别心梗后心动过速的峡部。今后，针对大量的心梗后患者，可以通过借助于导管的射频消融来进行预防治疗。

Claims (8)

1.一种用于在心腔的三维标测中识别峡部的系统，该系统包括：
-心电图仪，其用于通过刺激身体的几个点来生成心电图，以及
-处理单元，其被配置为执行以下步骤：
a)在心腔的一组刺激点之间进行关联，每个刺激点由从排除心室性心动过速的表面心电图(ECG)获得的一组信号来表示，其中，根据称为“模板匹配”的BARD算法来实现所述关联，
b)基于上述关联结果和3D标测中的刺激点的3D坐标来识别分水线，其中，所述分水线与不同的刺激点之间的关联水平之间的突然变化相对应，并且所述突然变化与非常低的电传导区域相对应，
c)基于基本上横向于所述分水线的区域来确定峡部。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括消融导管。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在步骤a)之前，执行构成在3D标测中重叠的几个体积的步骤，这些体积包含所述一组刺激点，步骤a)在每个体积的刺激点之间被执行。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，执行步骤a)和b)的至少一次迭代；在每次迭代中，将新的刺激点添加到在先前的迭代中识别出的分水线的附近。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号与表面ECG的12个导联相对应。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在源于所述信号的QRS波群上执行所述关联。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，步骤a)还包括根据这些刺激点之间的关联水平来识别刺激点的分组的步骤。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，通过在显示屏上利用相同的颜色显示同一个分组中的所述一组刺激点来识别所述分组。
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